мгновенно, на арену, афаик. Но вообще это детали реализации, которые не очень-то важны/интересны.
Ну не совсем, если возвращает на арену не сразу и даже не гарантированно при следующем выделении памяти, то по идее размер процесса может быть не равен максимально выделенному куску памяти внутри. Т.е. процесс может разбухать в таком случае.
Хотя по факту не наблюдал ничего подобного.